Los pórticos se diferencian de otros sistemas multieje (como robots cartesianos y mesas XY) por utilizar dos ejes base (X) en paralelo, con un eje perpendicular (Y) que los conecta. Si bien esta disposición de doble eje X proporciona una superficie de apoyo amplia y estable, y permite que los sistemas de pórtico ofrezcan alta capacidad de carga, largos recorridos y buena rigidez, también puede provocar un fenómeno conocido como «racking».
Al montar y conectar dos ejes lineales en paralelo, existe el riesgo de que no se desplacen en perfecta sincronización. En otras palabras, durante el movimiento, uno de los ejes X puede quedar rezagado respecto al otro, y el eje principal intentará arrastrar a su compañero rezagado. Cuando esto ocurre, el eje de conexión (Y) puede desviarse, dejando de ser perpendicular a los dos ejes X. La pérdida de ortogonalidad entre los ejes X e Y se conoce como desplazamiento vertical, y puede provocar atascamientos al moverse el sistema en la dirección X, así como fuerzas potencialmente dañinas en ambos ejes.
El desplazamiento en sistemas de pórtico puede deberse a diversos factores de diseño y ensamblaje, pero uno de los más influyentes es el método de accionamiento de los ejes X. Con dos ejes X en paralelo, los diseñadores pueden optar por accionar cada eje X de forma independiente o accionar un eje y tratar el otro como eje "esclavo" o seguidor.
En aplicaciones de baja velocidad con una distancia relativamente corta entre los dos ejes X (recorrido corto del eje Y), puede ser aceptable accionar solo un eje X y permitir que el segundo eje X actúe como seguidor, sin mecanismo de accionamiento. En este diseño, una preocupación clave es la rigidez de la conexión entre los ejes; en otras palabras, la rigidez del eje Y.
Dado que el eje motorizado tira del eje no motorizado, si la conexión entre ambos experimenta flexión, torsión u otro comportamiento no rígido, cualquier diferencia de fricción o carga entre los dos ejes X puede provocar inmediatamente un bloqueo y atascamiento. Cuanto más largo sea el eje Y, menos rígido será. Por ello, la configuración de eje motorizado-seguidor se recomienda generalmente para aplicaciones donde la distancia entre los ejes X es inferior a un metro.
La solución de accionamiento más sofisticada consiste en utilizar un motor independiente en cada eje, sincronizados en una configuración maestro-esclavo mediante el controlador. Sin embargo, en esta configuración, los errores de recorrido de los accionamientos mecánicos deben estar perfectamente (o casi perfectamente) sincronizados; de lo contrario, ligeras desviaciones en la distancia que recorre cada eje por revolución del motor pueden causar movimientos bruscos y atascamientos.
Para aplicaciones de pórtico de alta velocidad y precisión, los mecanismos de accionamiento preferidos suelen ser husillos de bolas y accionamientos de piñón y cremallera. Ambas tecnologías pueden adaptarse selectivamente para proporcionar un error lineal similar en cada eje, evitando así la acumulación de errores que puede producirse en conjuntos de accionamiento no adaptados. Dado que las transmisiones por correa y cadena presentan errores de paso difíciles de adaptar y compensar, no suelen recomendarse para sistemas de pórtico cuando los ejes X se accionan de forma independiente. Por otro lado, los motores lineales son una excelente opción para ejes paralelos en sistemas de pórtico, ya que no presentan errores mecánicos y pueden proporcionar largos recorridos y altas velocidades.
Otra solución, un equilibrio entre las dos opciones descritas anteriormente, consiste en utilizar un solo motor para accionar ambos ejes X. Esto se puede lograr conectando la salida del eje accionado por motor a la entrada del segundo eje mediante un acoplamiento de distancia (también conocido como eje de conexión). Esta configuración elimina el segundo motor (y la sincronización que se requeriría).
Sin embargo, la rigidez torsional del acoplamiento de distancia es importante. Si el par transferido entre los ejes provoca que el acoplamiento experimente un "enrollamiento", aún pueden producirse deformaciones y atascamientos. Esta configuración suele ser una buena opción cuando la distancia entre los ejes X es de entre uno y tres metros, con requisitos de carga y velocidad moderados.
Hora de publicación: 27 de septiembre de 2021